(57)【要約】【課題】操舵角を検出する操舵角センサの検出対象を、１回転以下に減速される部材とすることにより、該操舵角センサを安価なものを使用可能とする。【解決手段】ステアリングホイール１の操舵軸２に連係された遊星歯車機構の第１遊星歯車機構１４によって出力軸４を所定の回転減速比に制御すると共に、第１遊星歯車機構の減速比とほぼ反対の増速比で出力軸に伝達する第２遊星歯車機構１５とを備えている。第１遊星歯車機構による減速比を、前記操舵軸の左右の最大回転数に対して１回転以下となるように設定すると共に、操舵角検出センサ３１を、第１遊星歯車機構のプラネタリキャリア１９の１回転以下の回転角度を検出するようにした。【選択図】  図１
2005035359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに連結された入力軸と、
該入力軸の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
転舵輪に連係されて、前記入力軸と連係される出力軸と、
該出力軸に設けられて、前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
前記操舵角検出手段と転舵角検出手段からのそれぞれの角度情報信号に基づいて、前記転舵輪に前記出力軸を介して転舵力を付与する操舵手段と、
前記入力軸と出力軸との間に設けられて、入力軸から出力軸に伝達される回転を所定の減速比に変換する減速機構と、
前記入力軸と出力軸との間に回転位相差が発生した際に、該位相差を調整する位相差調整機構とを備えた車両の操舵制御装置において、
前記減速機構は、減速比を前記入力軸の左右の最大回転数に対して１回転以下となるように設定すると共に、
前記操舵角検出手段は、前記減速機構によって減速された１回転以下の角度を検出することを特徴とする車両の操舵制御装置。
【請求項２】
前記位相差調整機構の電動モータが故障により停止した際に、前記減速機構による減速比とほぼ反対の増速比に変更する増速機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項３】
前記減速機構と増速機構とを、それぞれ遊星歯車によって形成したことを特徴とする請求項２に記載の車両の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵制御装置に関し、例えば、ステアリングホイールと前輪操舵用駆動機構とを分離してなるステアバイワイヤ式の車両の操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両の操舵制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られており、この車両の操舵制御装置にあっては、ステアリングホイールから左右の転舵輪までが、ステアリングシャフトやラック・ピニオンギアを介して直結された状態になっている。
【０００３】
このため、ステアリングホイールと転舵輪との間に回転位相差をもたせて、ステアリングホイールの回転とは異なる転舵角を転舵輪に付与することはできなかった。すなわち、例えば、車庫入れ時には、ステアリングホイールの回転操作に対して転舵輪の転舵量を大きくしたり、車両の旋回時などにはステアリングホイールの回転操作とは関係無く転舵輪の転舵角を制御して危険を回避する等といった制御ができない。
【０００４】
そこで、ステアリングホイール側の入力軸に対する転舵輪側の出力軸の出力に自由度をもたせるために、以下の特許文献２に記載された従来技術も提供されている。
【０００５】
これは、入力軸と出力軸との間に遊星歯車機構を介在させて、この遊星歯車機構によって入力軸の減速比を制御することによって入力軸と出力軸との間の位相差を調整するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−７９９５１公報（図１）
【０００７】
【特許文献２】
特公昭５４−３４２１２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記後者の車両の操舵制御装置にあっては、前記位相差を調整制御するためには、その制御パラメータとしてステアリングホイールの操舵回転数が何回転目かを検出しなければならないが、この絶対操舵角である回転数を検出するための操舵角センサは、構造上、複雑でかつ高精度な部品を使用しなければならないことから、高価なものになってしまう。したがって、装置のコストの高騰が余儀なくされている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の車両の操舵制御装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、とりわけ、減速機構による減速比を、前記入力軸の回転数に対して１回転以下となるように設定すると共に、前記操舵角検出手段は、前記減速機構によって減速された１回転以下の角度を検出することを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、操舵角の検出対象が、入力軸の回転数を直接検出するのではなく、減速機構に減速された１回転以下の角度、つまり３６０°以下の角度となることから、ステアリングホイールの回転数を検出できることは勿論のこと、構造が簡単でかつ部品の安価な操舵角センサを用いることが可能になる。この結果、装置のコストの低廉化が図れる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、位相差調整機構の電動モータが故障により停止した際に、前記減速機構による減速比とほぼ反対の増速比に変更する増速機構を設けたことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、位相差調整機構が故障した場合に、ステアリングホイールを回転操作すると、入力軸の回転角度が減速機構によって所定の減速比で減速された後、そのまま増速機構によって前記減速比とほぼ同じ増速比に増速されることから、転舵輪はステアリングホイールの操舵角度とほぼ同一の転舵角度で操舵制御されることになる。したがって、車両の運転者に対する操舵違和感の発生を十分に抑制することが可能になる。
【００１３】
つまり、ステアリングホイールの操舵回転角度が減速機構によって減速されたまま転舵輪に伝達されると、ステアリングホイールの回転量に対して転舵輪の転舵量が非常に大きくなってしまい、運転者に操舵の違和感を与えてしまうが、この発明では、この問題を一掃することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記減速機構と増速機構をそれぞれ遊星歯車によって形成したことを特徴としている。
【００１５】
この発明によれば、両機構とも遊星歯車によって構成したことから、両機構を有機的に連係することが可能になり、減速比と増速比のギア可変を一緒に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる車両の操舵制御装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は第１の実施形態における車両の操舵制御装置の概略を示し、ステアリングホィール１に連結された操舵軸２（入力軸）と、前側左右の転舵輪ＦＬ、ＦＲの操舵用のラック・ピニオン機構３と、該操舵軸２の操舵角に応じて出力軸４を介して前記ラック・ピニオン機構３を駆動させる操舵手段５と、該操舵手段５と独立して設けられて、前記操舵軸２の操舵角に応じて前記ラック・ピニオン機構３を駆動するバックアップ手段６と、前記操舵軸２の操舵角に応じて主として前記操舵手段５を制御する電子コントローラ７とから構成されている。
【００１８】
前記操舵軸２は、図１に示すように、先端部２ａが前記バックアップ手段６の後述する遊星歯車機構のハウジング１７にボールベアリング２３によって回転自在に支持されつつ連係している。
【００１９】
前記ラック・ピニオン機構３は、タイロッド１０に固定されたラックバー８と、該ラックバー８に噛合するピニオンギア９とから構成され、前記ラックバー８は、タイロッド１０の両端部に連結されたナックルアーム１０ａ，１０ａを介して両転舵輪ＦＬ、ＦＲに連係している。
【００２０】
前記出力軸４は、図１に示すように、前記操舵軸２に遊星歯車を介して連係されたアッパー軸４ａと、該アッパー軸４ａに中間軸４ｂや自在継手を介して連結されて、前記ラック・ピニオン機構３のピニオンギア９に連結されたロアー軸４ｃとから構成されている。前記アッパー軸４ａは、ハウジング１７の他端開口の内周面に固定されたボールベアリング３０によって回転自在に支持されている。
【００２１】
前記操舵手段５は、前記ロアー軸４ｃを介してピニオンギア９に連係した減速用のギア機構１１と、該ギア機構１１を介してピニオンギア９を回転駆動する電動式の駆動モータ１２とから構成されており、前記ギア機構１１には、ラックバー８に摺動位置を検出して現在の両転舵輪ＦＬ、ＦＲの実転舵角を検出する実転舵角検出手段である実転舵角センサ１３が設けられている。
【００２２】
前記バックアップ手段６は、遊星歯車によって構成され、前記操舵軸２の操舵角に応じて前記ラック・ピニオン機構３を同期して駆動させる減速機構である第１遊星歯車機構１４と、該第１遊星歯車機構１４に直列に配置されて、第１遊星歯車機構１４で減速された操舵軸２の回転数を増速して出力軸４に伝達する増速機構である第２遊星歯車機構１５と、該第２遊星歯車機構１５を回転制御して操舵軸２と出力軸４との回転位相差を調整する位相差調整機構１６とから構成されている。
【００２３】
前記両遊星歯車機構１４，１５は、図１及び図３に示すように、１つのハウジング１７内に前後に直列状態に配置されており、第１遊星歯車機構１４は、ハウジング１７のほぼ中央から内部へ挿通された前記操舵軸２に一体に結合された第１サンギア１８と、該第１サンギア１８の外周歯部に噛合しつつ該外周をプラネタリキャリア１９の複数の支軸１９ａを介して公転する複数（例えば４個）の第１プラネタリギア２０と、該第１プラネタリギア２０の外周歯部に噛合した第１リングギア２１とから構成されている。
【００２４】
この第１リングギア２１は、ボルト２２によってハウジング１７の内端部に非回転状態に固定されている。
【００２５】
そして、この第１遊星歯車機構１４７は、一般に左右据え切りで約３．５〜４回転になるステアリングホイール１の回転数、つまり操舵軸２の左右最大の回転数に対してプラネタリキャリア１９の回転数が１回転以下となるように減速するようになっている。
【００２６】
一方、前記第２遊星歯車機構１５は、中央に前記出力軸４のアッパー軸４ａに一体に結合された第２サンギア２４と、該第２サンギア２４の外周歯部に噛合して第２サンギア２４の外周を公転する４つの第２プラネタリギア２５と、内周部に第２プラネタリギア２５の外周歯部に噛合する内歯を有する第２リングギア２６とから構成されている。また、前記第２プラネタリギア２５は、第１プラネタリギア２０とプラネタリキャリア１９の同じ各支軸１９ａに同軸上に設けられている。
【００２７】
この第２遊星歯車機構１５は、第１遊星歯車機構１４による減速比とほぼ反対の増速比をもって出力軸４を回転させるようになっており、例えば操舵軸２の１回転に対して、一旦、第１遊星歯車機構１４で減速された回転を第２遊星歯車機構１５において、出力軸４を同じくほぼ１回転となるように増速するようになっている。
【００２８】
前記位相差調整機構１６は、図１及び図３に示すように、前記第２遊星歯車機構１５の第２リングギア２６と、ハウジング１７の外端部に第２遊星歯車機構１５の軸方向に対して直角方向に設けられた可逆式の電動モータ２７と、該電動モータ２７と前記第２リングギア２６との間に設けられた伝達ギア機構であるウォーム歯車機構とから構成されている。
【００２９】
前記ウォーム歯車機構は、前記電動モータ２７の回転軸２７ａに結合されたウォームシャフト２８と、第２リングギア２６の外周面に形成されて前記ウォームシャフト２８に噛合するウォームホイール２９とから構成されて、電動モータ２７から伝達された回転力を第２リングギア２６に伝達し、この第２リングギア２６の回転により第２プラネタリギア２５や第２サンギア２４を介して増速比を可変にするようになっている。
【００３０】
なお、前記ウォームシャフト２８は、図３に示すように軸部の両端部がハウジング１７の内部に固定されたボールベアリング３５，３６によって回転自在に支持されている
そして、前記第１遊星歯車機構１４のプラネタリキャリア１９とハウジング１７との間には、ステアリングホイール１の操舵角や操舵トルクを検出する操舵角検出手段である光センサタイプの操舵角センサ３１が設けられている。
【００３１】
すなわち、この操舵角センサ３１は、図１及び図２に示すように、第１プラネタリキャリア１９の外周側外面にボルトや接着剤によって固定されたリング状の被検出部材３２と、ハウジング１７の下端開口から内部に挿通固定されて、前記被検出部材３２の回転角度を検出する光検出器３３とから構成されている。
【００３２】
前記被検出部材３２は、第１プラネタリキャリア１９に固定された環状基部の先端部にフランジ状の被検部３２ａを有し、この被検部３２ａの円周方向の等間隔位置に複数の光透過用のスリット３２ｂが形成されている。また被検部３２ａの前面には、円周方向の１個所に中立位置検出用孔３２ｃが形成されており、この中立位置検出用孔３２ｃを基準点として回転角度が検出されるようになっている。
【００３３】
前記光検出器３３は、内周端部３３ａが前記被検部３２ａを所定隙間をもって挟み込むような横断面ほぼコ字形状に形成されて、この間に光りを照射して前記スリット３２ｂ内を透過させるようになっていると共に、内部に回転角度の検出素子が収容されている。
【００３４】
前記電子コントローラ７は、マイクロコンピュータが内蔵され、図１に示すように、前記操舵角センサ３１と実操舵角センサ１３からのそれぞれの操舵角θ１、θ２を入力して前記駆動モータ１２と電動モータ２７に制御電流を出力するようになっている。また、前記操舵手段５の駆動モータ１２などの故障を検出する図外の故障検出回路を有し、該故障検出回路からの故障検出信号が入力されると、前記駆動モータ１２への通電を遮断するようになっている。
【００３５】
以下、この電子コントローラ８による駆動モータ１２と電動モータ２７の具体的な制御を図４のフローチャート図に基づいて説明する。
【００３６】
まず、ステップ１において、操舵角センサ３１から操舵軸２の操舵角を読み込むと共に、実転舵角センサ１３からラックバー８の摺動位置から実際の転舵角を読み込む。
【００３７】
続いて、ステップ２で前記故障検出回路から故障検出信号を読み込み、次に、ステップ３では、前記故障検出回路からの故障検出信号が入力されていないか否かを判定する。つまり、駆動モータ１２などが故障してロック等がされていないか否かのフェールセーフを判定する。
【００３８】
ここで、ＹＥＳ、つまり正常に駆動していると判定された場合は、ステップ４に進み、ここでは、前記操舵角センサ３１と実転舵角センサ１３から入力された操舵角情報に基づいてテーブルマップあるいは演算によって目標操舵角を生成する。
【００３９】
次に、ステップ５に進んで、ここでは操舵反力目標トルクを生成する。すなわち、運転者は、ステアリングホイール１の回転操作時にある程度の操舵反力がないと良好な操舵フィーリングが得られないことから、本実施形態では、ラック・ピニオン機構３の駆動によって操舵輪ＦＬ、ＦＲから伝達される操舵反力をギア機構１１を介して遊星歯車機構から操舵軸２に反力トルクを伝達するようになっている。したがって、前記目標操舵角に基づいて、このステップ５において操舵反力目標トルクを決定する。
【００４０】
続いて、ステップ６では、前記ステップ４で生成した目標操舵角に合わせてラック・ピニオン機構３を作動するために、駆動モータ１２に制御電流を出力する。
【００４１】
次に、ステップ７において、前記演算された実操舵角の値と前記目標操舵角の値の差分値を演算して、ステップ６に戻って、その差分値から適正な操舵角となるように駆動モータ１２に制御電流を出力する。これによって、ラック・ピニオン機構３に左あるいは右方向の回転力を付与して、操舵輪ＦＬ、ＦＲに対する通常の操舵制御が行われる。
【００４２】
また、前記ステップ５において操舵反力目標トルクを生成した後は、同時にステップ８に移行し、ここで、操舵軸２と出力軸２１との間に生じた位相差を相殺するために電動モータ２７に制御電流を出力する。これによって、第２遊星歯車機構１５により適正な増速比が生成される。
【００４３】
その後、ステップ９に移行し、ここでは、操舵角センサ３１から入力した操舵角と、実転舵角センサ１３から入力した実転舵角と、前記生成した目標トルク値とを考慮して、再びステップ８に戻って常に目標トルクに合った反力トルクを得るために電動モータ２７に制御電流を出力する。
【００４４】
一方、前記ステップ３において、ＮＯと判定した場合、つまり操舵手段５の駆動モータ１２が故障してロックなどが発生してしまった場合には、ステップ１０に移行する。
【００４５】
ここでは、駆動モータ１２への通電を遮断して操舵手段５の駆動を停止させる。
【００４６】
続いて、ステップ１１では電動モータ２７への通電を遮断して操舵軸２と出力軸４との間の増速比の可変制御を停止する。
【００４７】
したがって、運転者がステアリングホイール１を回転操作すると、操舵軸２の回転トルクは、第１サンギア１８から第１プラネタリギア２０に伝達され、さらにプラネタリキャリア１９を介して第２プラネタリギア２５に伝達され、ここから第２サンギア２４及び出力軸４に伝達される。これによって、ラック・ピニオン機構３が手動によって作動されて操舵輪ＦＬ、ＦＲを手動によって操舵制御、つまりバックアップ制御することが可能になる。
【００４８】
この故障時には、電動モータ２７への通電が遮断されていることから、第１，第２遊星歯車機構１４，１５による減速比、増速比によって、操舵軸２と出力軸４との回転比は固定比としてほぼ１：１の関係になる。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、操舵手段５が何等かの原因で故障して例えばロックしてしまった場合は、ステアリングホイール１の手動による回転操舵力を遊星歯車機構がラック・ピニオン機構３を作動させるため、操舵手段５のいずれの機器が故障したとしても、バックアップ手段６は何らの影響を受けずに、遊星歯車機構が、操舵手段５とは関係なく独自に駆動してラック・ピニオン機構３を作動させ、いわゆるマニュアルステアの状態で操舵輪ＦＬ、ＦＲをフェールセーフ制御することが可能になる。
【００５０】
したがって、ステアリングホイール１の通常の回転操作により操舵輪ＦＬ、ＦＲの制御を何ら支障無く確実に行うことができ、安全性が向上する。
【００５１】
また、操舵手段５が正常に駆動している場合は、前述のようのに、電動モータ２７が回転駆動して遊星歯車機構により、操舵軸２に操舵反力が付与されるため、ステアリングホイール１の操舵フィーリングが良好になる。
【００５２】
また、この実施形態では、操舵角センサ３１による操舵角の検出対象が、操舵軸２（ステアリングホイール１）の回転数ではなく、第１遊星歯車機構１４によって減速された１回転以下の角度、つまり３６０°以下の角度となる、つまり操舵角センサ３１は、減速されたプラネタリキャリア１９の１回転以下の回転角度を検出すればよいから、操舵軸２の回転数を検出できることは勿論のこと、構造が簡単でかつ部品の安価な操舵角センサ３１を用いることが可能になる。この結果、装置のコストの低廉化が図れる。
【００５３】
さらに、位相差調整機構１６の電動モータ２７が故障した場合には、前述のように、操舵軸２の回転角度が遊星歯車機構によって減速、増速されて、両転舵輪ＦＬ、ＦＲはステアリングホイール１の操舵角度とほぼ同一比の転舵角度で操舵制御されることになる。
【００５４】
したがって、車両の運転者に対する操舵違和感の発生を十分に抑制することが可能になる。
【００５５】
また、減速、増速機構を第１、第２の遊星歯車機構１４，１５によって構成したことから、両機構１４，１５を有機的に連係することが可能になり、減速比と増速比のギア可変を一緒に行うことができる。
【００５６】
さらに、電動モータ２７と第２リングギア２６をウォーム歯車機構によって連係させたため、前述のように、電動モータ２７が故障した場合に、第１遊星歯車機構１４から第２遊星歯車機構１５に減速された回転力が伝達された際に、第２リングギア２６の自由な回転がウォーム歯車機構によって阻止されることから、第１遊星歯車機構１４の回転力を第２遊星歯車機構１５に効率よく伝達させることが可能になる。
【００５７】
図５は本発明の第２の実施形態を示し、操舵角センサの構造を変更したものである。
【００５８】
すなわち、この操舵角センサ４１は、磁気感応タイプであって、プラネタリキャリア１９の外周部に磁気リング４２がボルトなどによって固定されていると共に、ハウジング１７の外周側端部に先端部が前記磁気リング４２に指向した磁気検出器４３が固定されている。
【００５９】
前記磁気リング４２は、円環状に形成されて、前面に円周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に配置されていると共に、その一個所の内周側に中立位置検出用の非磁極部４２ａが形成されている。
【００６０】
前記磁気検出器４３は、先端部４３ａの検出面が前記各極に対峙していると共に、内部に回転角度を検出する検出部が設けられており、この検出部は、検出角度信号θ１を前記電子コントローラ７に出力するようになっている。
【００６１】
したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果が得られると共に、操舵角センサ４１を磁気感応タイプとしたことから、よりコストの低減化が図れる。
【００６２】
前記各実施形態から把握できる前記各請求項以外の技術的思想について以下に記載する。
（１）前記位相調整機構は、前記増速機構あるいは減速機構のいずれか一方の遊星歯車のリングギアと、該リングギアを伝達ギア機構を介して回転制御する電動モータと、該電動モータを回転制御するコントローラとから構成したことを特徴とする請求項３に記載の車両の操舵制御装置。
（２）前記伝達ギア機構を、ウォーム歯車機構によって構成したことを特徴とする請求項（１）に記載された車両の操舵制御装置。
【００６３】
この発明によれば、位相調整機構の電動モータが故障した場合に、第１遊星歯車機構から第２遊星歯車機構に減速された回転力が伝達された際に、ウォーム歯車機構によってリングギアの自由な回転が阻止されることから、第１遊星歯車機構の回転力を第２遊星歯車機構に効率よく伝達させることが可能になる。
【００６４】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、減速機構や増速機構を遊星歯車機構に替えて、例えば、衛星歯車機構や、特開２００２−２５５０４６号公報に開示されているようなボール螺子機構などとすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に供される遊星歯車機構を断面して示す車両の操舵制御装置の概略図である。
【図２】本実施形態に供される操舵角センサの被検出部材の一部を破断して示す正面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本実施形態における電子コントローラの制御フローチャート図である。
【図５】第２実施形態に供される遊星歯車機構の断面図である。
【図６】本実施形態に供される操舵角センサの磁気リングの一部を破断して示す正面図である。
【符号の説明】
１…ステアリングホイール
２…操舵軸（入力軸）
３…ラック・ピニオン機構
４…出力軸
５…操舵手段
６…バックアップ手段
７…電子コントローラ
１２…駆動モータ
１３…実転舵角センサ（実転舵角検出手段）
１４…第１遊星歯車機構
１５…第２遊星歯車機構
１６…位相調整機構
２６…第２リングギア
２８…ウォームシャフト
２９…ウォームホイール
ＦＬ・ＦＲ…転舵輪
【図１】
2005035359.tif 000003
【図２】
2005035359.tif 000004
【図３】
2005035359.tif 000005
【図４】
2005035359.tif 000006
【図５】
2005035359.tif 000007
【図６】
2005035359.tif 000008